雙套管急冷換熱管束制造工藝技術(shù)研究

康龍基 韓秀蘭 王 靜

（1、高效清潔燃煤電站鍋爐國家重點實驗室（哈爾濱鍋爐廠有限責任公司），黑龍江 哈爾濱150046 2、哈爾濱鍋爐廠有限責任公司，黑龍江 哈爾濱150046）

急速冷卻換熱管束是乙烯裂解裝置中的關(guān)鍵設備，主要作用是將800℃左右的高溫裂解氣迅速冷卻至二次反應溫度以下，減少烯烴損失和回收裂解氣的高位熱能。急速換熱管束通過上下連接件將內(nèi)外管連接成雙套管結(jié)構(gòu)，入口錐體與下連接件通過環(huán)縫對接，裂解氣溫度高，熱強度大，內(nèi)管與下連接件環(huán)縫拼接位置運行工況最惡劣；內(nèi)外管束長度長，柔性大，內(nèi)外管束間隙小，排列密集，穿管難度大；運行過程中內(nèi)管承受高溫，內(nèi)管伸長彎曲后，套管間隙減小冷卻水流量減少，內(nèi)管易受熱不均；入口錐體與下連接件焊接完成后需熱處理，入口錐體易產(chǎn)生熱裂紋。如何保證雙套管結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品質(zhì)量是迫切需要解決的問題。

1 急速冷卻換熱管束主要結(jié)構(gòu)特點

急速冷卻換熱管束內(nèi)管材質(zhì)13CrMo4-5，直徑較小，僅為Φ73×7.1mm；長度約20m；外管材質(zhì)SA-106MGr.B；上下連接件為SA-336MF22CL3；入口錐體為 捏積合金材料。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)如下圖1：

圖1 急速冷卻換熱管束

2 內(nèi)孔焊焊接工藝技術(shù)

內(nèi)管與下連接坡口為60°V 型坡口，內(nèi)管內(nèi)徑為Φ59mm，操作空間小，焊接過程中可視性差，對正過程中易錯邊，產(chǎn)生焊接缺陷后，該位置無法返修只能切斷后重新加工坡口。

內(nèi)管與下連接件坡口設計為U 型坡口，且內(nèi)管與下連接件坡口為非等角度結(jié)構(gòu)，擴大了焊接過程中的可視范圍，且內(nèi)孔焊焊縫采用M-GTAW 焊接完成，保證全焊透，提高了焊接質(zhì)量。

圖2 內(nèi)孔焊原結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 改進后內(nèi)孔焊示意圖

內(nèi)孔焊定位工裝:

為保證內(nèi)管與下連接件坡口對正，設計了定位工具，確保裝配過程中內(nèi)管與下連接件對齊，保證焊接不錯口。與焊縫接觸端為銅墊，不與焊縫熔合，銅墊內(nèi)部預留焊接槽，槽深為背部焊腳高，能夠使焊縫單邊焊雙面成型質(zhì)量更有保證。

3 內(nèi)外管束套裝工藝技術(shù)

內(nèi)外管長度較長約為20m，柔性大，內(nèi)外管束套裝時，內(nèi)管移動過程易發(fā)生轉(zhuǎn)動且穿管至中間部位內(nèi)管出現(xiàn)下沉，增加了穿管難度。為保證穿管順利，內(nèi)管前端采用機械牽引，后端利用助推小車輔助前進，降低了穿管過程中的摩擦力；設計了行進軌道和助推小車，保證內(nèi)外管束中心在同一水平高度；穿管時，將多個助推小車安裝在行進軌道上，拖起內(nèi)管并隨內(nèi)管一起前進，使內(nèi)管端部進入外管時始終保持水平進入；利用軌道側(cè)定位支撐，防止內(nèi)管旋轉(zhuǎn)，并在外管端部裝好導向套，防止穿管過程中內(nèi)管附件磕碰外管坡口。通過套裝工裝，可快速的完成穿管工序，縮短產(chǎn)品制造周期（圖4）。

圖4

4 內(nèi)管預拉伸工藝技術(shù)

根據(jù)理論分析和加熱變形試驗，設計了內(nèi)置式電阻加熱裝置，利用溫控柜控制加熱溫度和加熱時間，保證內(nèi)管伸長長度。利用加熱后管子的伸長量計算公式，△L=L×a(T2-T1)，其中T2為管子加熱溫度，T1 為管子的初始溫度，α 線膨脹系數(shù)，L 為管子加熱長度，△L 為管子的伸長量，確定了內(nèi)管加熱長度L=2m，加熱溫度為320℃，保溫時間30min。內(nèi)管預拉伸后與上連接的焊縫為坡口焊縫和角焊縫的組合焊縫，為保證焊縫的質(zhì)量，確定了最終坡口為單V 型坡口，角度為40°，內(nèi)管與上連接件的單側(cè)間隙3mm。

圖5 預拉伸試驗和產(chǎn)品示意圖

5 下連接件與鎳基焊接工藝技術(shù)

下連接件材質(zhì)為SA-336MF22CL3，下錐體材質(zhì)為Incoloy800HT，為降低異種鋼的焊接應力和避免焊后熱處理，更改下連接坡口，確定了坡口和堆焊尺寸，在坡口位置堆焊鎳基隔離層，待內(nèi)外管束整體熱處理后再與下錐體進行同種鋼焊接，提高了焊接質(zhì)量。

圖6 下連接件堆焊尺寸和實物示意圖

6 結(jié)論

通過一系列試驗及工藝制造技術(shù)的不斷完善，現(xiàn)已成功完成了多臺急速冷卻換熱管束的制造生產(chǎn)制造。在不斷改進工藝制造方案的過程中，很好的保證了產(chǎn)品的設計要求和使用性能。